説明

試料採取装置および試料採取方法並びに試料採取装置を備えた火力発電プラント

【課題】タービン翼等への蒸気冷却を行う際、そのサンプリング水の清浄度をより早く分析し、タービン翼等の健全性を確実に確保させる試料採取装置を提供する。
【解決手段】試料を採取する試料供給系37,38と、試料分析系50〜53から供給される試料の性状を分析する分析器を備えた試料分析系とからなる試料採取装置において、試料採取系から分岐して試料の一部を分流させるバイパス系42,43を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、火力発電プラント等で採用される試料採取装置に係り、特に蒸気または水等の試料に異常の兆候が検出されたとき、より早く的確な水質分析を行うことができるように図った試料採取装置および試料採取方法並びに試料採取装置を備えた発電プラントに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、火力発電プラントでは、プラントを構成する水−蒸気系統の機器の腐食を防止するため、復水・給水系統に腐食防止薬品としてアンモニアやヒドラジン等を注入し、水質を適正値に維持させる管理を行っている。
【0003】
この水質調整、水質管理には、水−蒸気系統から水を常時サンプリングし、電導率、PH、溶存酸素、ヒドラジン、鉄分、シリカ等を常時、分析、監視する試料採取系が設けられているが、その構成として特許文献1に開示されたものがある。
【0004】
特許文献1に開示された試料採取系は、図5に示すように、並列配置の第1試料採取系1と第2試料採取系2とを備えるとともに、各試料採取系1,2のそれぞれに接続するダミー水供給系3を設けている。
【0005】
第1試料採取系1および第2試料採取系2は、ともに、水または蒸気の供給源としての母管(図示せず)に取合管4a,4bを接続させ、これら取合管4a,4bから下流側に向って順に、電磁弁5a,5bの駆動力で開閉する試料採取用元弁6a,6b、高温の蒸気または水等の試料(以下サンプリング水という)を常温に冷却させる冷却器7a,7b、高圧のサンプリング水を大気圧に減圧させる減圧器8a,8b、止め弁9a,9b,9b、流量計10a,10b,10b、サンプリング水の温度を一定値に維持させる恒温器11、温度計12a,12b,12bおよび分析計13a,13b,13bを備え、分析計13a,13b,13bで電導度、PH、溶存酸素濃度等の水質の分析、監視を行っている。
【0006】
また、第1試料採取系1および第2試料採取系2は、試料採取用元弁6a,6bの入口側から分岐し、電磁弁14a,14bの駆動力で開閉するフラッシング弁15a,15bを介装させてフラッシング系16a,16bを備え、プラント運転停止中に溜ったドレン水を系外ブローさせている。
【0007】
そして、前述の水供給系3は、電磁弁17a,17b等の弁類を介挿させた分岐管18a,18bをそれぞれ止め弁9a,9b,9bの入口側に接続し、プラント運転停止時のサンプリング水が採取できない時に、ダミー水を分析計13a,13b,13bに流し、ダミー水中に分析計のセルを浸漬するように構成されている。この結果、分析計のセルは常時動作可能な状態に維持され、プラントの再起動時に、早期に水質の分析を行えるようになっている。
【特許文献1】特公平3−87058号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、最近の火力発電プラントでは、プラント熱効率の向上、起動時間の短縮化の利点から、ガスタービンプラントに排熱回収ボイラと蒸気タービンプラントとを組合せたコンバインドサイクル発電プラントが運用されている。
【0009】
このコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントの燃焼ガス(作動流体)が、例えば1300℃以上の高温になっており、この高温化にガスタービン部品を対処させるために、タービン翼等を冷却している。
【0010】
タービン翼等の冷却は、狭く、薄い翼内に蛇行状の流路を形成し、蛇行状の流路に比熱が高い蒸気を流す、いわゆる蒸気冷却を行っている。このため、蒸気の水質分析、監視を充分に行っていないと、翼内の流路で目詰りを起し、破損、破断を誘起させるおそれがある。
【0011】
このような事象を考慮して、最近では、蒸気の水質管理を強化している。
【0012】
しかし、図5で示した試料採取系を、蒸気冷却用の水質管理に適用する場合、いくつかの問題を抱えており、その一つに分析計へのサンプリング水のより早い供給である。
【0013】
すなわち、図5に示した従来の試料採取系に設けた分析計13a,13b,13bは、構造上、流量に制限があって、多量のサンプリング水を扱うことができず、サンプリング水が分析計13a,13b,13bに至るまでの時間遅れに伴うサンプリング水の清浄度分析が遅れる。このため、試料分析値にプラント運転制限に至る以前の兆候が現われた場合、詳細分析を早急に行うことができず、蒸気冷却を行うタービン翼等への保全性に少なからず影響を与えていた。
【0014】
一般に、流量と流速とは、比例関係にあることがよく知られている。このため、サンプリング水の清浄度をより早く分析するには、サンプリング水をより早い流速下で流すことを必要としていた。
【0015】
しかし、上述したように、従来の分析計13a,13b,13bでは流量の過量に制限を受けるので、速応性を求める計測対象には適しておらず、何らかの新たな改善が求められていた。
【0016】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、サンプリング水に異常の兆候が現われた場合、そのサンプリング水の詳細分析をより早く行い、タービン翼等の健全性を確実に確保させる試料採取装置および試料採取方法並びに試料採取装置を備えた火力発電プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明に係る試料採取装置は、上述の目的を達成するため、請求項1に記載したように、試料を採取する試料供給系と、この試料採取系から供給される試料の性状を分析する分析器を備えた試料分析系とからなる試料採取装置において、前記試料採取系から分岐して試料の一部を分流させるバイパス系を備えたものである。
【0018】
また、本発明に係る試料分析方法は、上述の目的を達成するため、請求項5に記載したように、試料採取系で採取された試料を下流に設けた試料分析系に流し、この試料分析系に備えられた分析器で試料を分析するようにした試料分析方法において、前記分析器により試料の異常兆候を検出したとき、試料の一部を試料採取系からバイパス系に分流させることにより、試料の流速を早めて前記分析器に流すようにし、当該分析器による試料の詳細分析を早期に行う方法である。
【発明の効果】
【0019】
本発明に係る試料採取装置および試料採取方法によれば、試料採取系にバイパス系を設け、ここを流れるサンプリング水の流量を多くして、サンプリング水流量増加に伴う流速を早め、早めた流速のサンプリング水の一部を分析計に流す構成にしたので、サンプリング水の性状に異常値が認められたとき、高速流のサンプリング水の下、分析結果を早めてその措置を適正に対処させ、プラントの健全性を素早く維持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
本発明に係る試料採取装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【0021】
図1は、本発明に係る試料採取装置を適用するプラントの例示として、コンバインドサイクル発電プラントの概略系統図である。
【0022】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント20に排熱回収ボイラ21および蒸気タービンプラント22を組み合せたもので、ガスタービンプラント20の排ガス(排熱)を利用して蒸気を発生させ、発生させた蒸気を蒸気タービンプラント22に供給し、膨張仕事をさせ、排ガスの有効活用を図っている。
【0023】
ガスタービンプラント20は、発電機23、空気圧縮機24、ガスタービン燃焼器25、ガスタービン26を備え、空気圧縮機24で吸込んだ空気(大気)を高圧化し、高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器25に供給し、ここで燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをガスタービン26で膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機23を駆動するとともに、膨張仕事を終えた排ガスを排熱回収ボイラ21に供給する。
【0024】
排熱回収ボイラ21は、過熱器、蒸発器等数多くの熱交換器を備え、ガスタービンプラント20からの排ガスを熱源とし、蒸気タービンプラント22から供給される給水を熱交換して蒸気を発生させ、発生させた蒸気を主蒸気管27を介して蒸気タービンプラント22に供給する。
【0025】
また、蒸気タービンプラント22は、蒸気タービン28、発電機29、復水器30、補助蒸気系31を備え、排熱回収ボイラ21から主蒸気管27を介して蒸気タービン28に供給する蒸気に膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機29を駆動するとともに、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器30に供給し、ここで凝縮させて復水にし、この復水を給水として排熱回収ボイラ21に戻している。
【0026】
また、補助蒸気系31は、一端を主蒸気管27に接続し、他端を所内ボイラ33に接続する補助蒸気管34に湿分分離器35を備え、起動時、排熱回収ボイラ21からの蒸気の温度、圧力が所定値になっていないとき、所内ボイラ33から供給される飽和蒸気のうち、湿分を湿分分離器35で除去させた後、補助蒸気管34、主蒸気管27を介して蒸気タービン28に供給する。
【0027】
このような構成を備えるコンバインドサイクル発電プラントの、例えば蒸気タービン28の入口側の主蒸気管27に、本発明に係る試料採取装置36が設けられる。
【0028】
この試料採取装置36は、図2に示すように、並列配置の第1試料採取系37と第2試料採取系38と、各試料採取系37,38のそれぞれに接続する水供給系39とを備えるとともに、各試料採取系37,38から分岐する第1フラッシング系40および第2フラッシング系41と、第1バイパス系42および第2バイパス系43とを設けている。
【0029】
第1試料採取系37および第2試料採取系38は、ともに、蒸気の供給源である主蒸気管27に取合管44a,44bを接続させ、これら取合管44a,44bから下流側に向って順に、電磁弁45a,45bの駆動力で開閉するサンプリング水用元弁46a,46b、高温のサンプリング水を常温に冷却させる冷却器47a,47b、高圧のサンプリング水を大気圧に減圧させる減圧器48a,48b、止め弁49a,49b,49b、流量計50a,50b,50b、サンプリング水の温度を一定値に維持させる恒温器51、温度計52a,52b,52bおよび分析計53a,53b,53bを備え、分析計53a,53b,53bで電導度、PH、溶存酸素濃度等の水質の分析、監視を行っている。
【0030】
そして、前述の水供給系39は、電磁弁56a,56b等の弁類を介挿させた分岐管67a,57bをそれぞれ止め弁49a,49b,49bの入口側に接続し、プラント運転停止時のサンプリング水が採取できない時に、ダミー水を分析計53a,53b,53bに流し、ダミー水中に分析計のセルを浸漬するように構成されている。この結果、分析計のセルは常時動作可能な状態に維持され、プラントの再起動時に、早期に水質の分析を行えるようになっている。
【0031】
また、第1試料採取系37および第2試料採取系38は、サンプリング水用元弁46a,46bの入口側から分岐し、電磁弁58a,58bの駆動力で開閉するフラッシング弁55a,55bを介装させた第1フラッシング系40、および第2フラッシング系41を備え、プラント運転停止中に溜ったドレン水を系外に排出させている。
【0032】
このような構成を備える試料採取装置36において、本実施形態は、第1試料採取系37のサンプリング水用元弁46aおよび第2試料採取系38のサンプリング水用元弁46bのそれぞれの入口側から分岐する第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれを設けたものである。
【0033】
第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれには、空気駆動弁59a,59bと、空気駆動弁59a,59bを開閉駆動する電磁弁60a,60bが設けられる。
【0034】
第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれに、空気駆動弁59a,59bを設けたのは、比較的大きな口径のものを製作することができ、これに伴ってより多くのサンプリング水を流すことができるようにするためである。
【0035】
このような構成を備える試料採取装置36において、本実施形態は、サンプリング水の試料分析値に異常の兆候が現われていない場合、第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれの空気駆動弁59a,59bを閉弁させ、第1試料採取系37および第2試料採取系38またはサンプリング水供給系57a,57bから採取するサンプリング水を用い、分析計53a,53b,53bでその性状分析を行う。
【0036】
一方、試料分析に、例えば、シリカ等が検出されて異常の兆候、すなわち、プラント運転制限に至る以前の兆候が現われた場合、サンプリング水をさらに詳細に分析する必要がある。本実施形態は、第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれに設けた空気駆動弁59a,59bを電磁弁60a,60bの駆動力で開弁させ、第1試料採取系37および第2試料採取系38のそれぞれが採取したサンプリング水のうち、一部が第1バイパス系42および第2バイパス系43に流れ、残りが分析計53a,53b,53bに流れる。
【0037】
このとき、第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれに設けた空気駆動弁59a,59bは、口径を大きくしてあるので、その流量が多くなり、多くなった流量に基づいて流速も早くなる。この流速の増加は、第1試料採取系37および第2試料採取系38のそれぞれに流れるサンプリング水にも影響を与え、分析計53a,53b,53bのそれぞれへの流れをより早くする。この結果、サンプリング水の詳細な性状の分析をより早く行うことができる。
【0038】
なお、第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれの空気駆動弁59a,59bは、第1試料採取系37および第2試料採取系38のそれぞれの分析計53a,53b,53bが求めているサンプリング水の流量になるように、その口径を設定している。つまり、サンプリング水は第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれに流れる流速を早め、その早まった流速の一部のサンプリング水を第1試料採取系37および第2試料採取系38のそれぞれの分析計53a,53b,53bに供給し、試料分析を早めている。
【0039】
他方、図3に示すように、水または蒸気の供給源である母管61a,61bから試料採取装置36に供給されたサンプリング水のうち、第1試料採取系37、第2試料採取系38のそれぞれに供給されたサンプリング水は、その性状を分析後、排水ピット62に排出される。
【0040】
また、第1フラッシング系40および第2フラッシング系41のそれぞれに供給されたサンプリング水は、回収ピット63に排出され、ここから、例えば給水として再活用される。
【0041】
また、第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれに供給されたサンプリング水は、湿分分離器35で湿分を取り除いた後、所内ボイラからの蒸気とともに補助蒸気管34を解した蒸気タービンに供給し、再利用が図られる。
【0042】
なお、第1バイパス系42および第2バイパス系43のそれぞれに供給されたサンプリング水は、図4に示すように、復水器32に回収させてもよい。
【0043】
このように、本実施形態は、試料採取装置36の第1試料採取系37および第2試料採取系38のそれぞれに第1バイパス系42、第2バイパス系43を設け、各バイパス系42,43に口径の大きい空気駆動弁59a,59bを備え、ここを流れるサンプリング水の流量を多くし、サンプリング水の流量増加に伴う流速をより早くし、より早くした流速のサンプリング水の一部を第1試料採取系37および第2試料採取系38のそれぞれに設けた分析計53a,53b,53bに流す構成にしたので、サンプリング水の性状に異常な兆候が検出された場合、分析計53a,53b,53bに流れるサンプリング水の流速を早くすることができるので、分析を早めることができ、プラントの健全性の管理により早く対処させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明に係る試料採取装置を適用するコンバインドサイクル発電プラントを示す概略系統図。
【図2】本発明に係る試料採取装置を示す概略系統図。
【図3】本発明に係る試料採取装置におけるサンプリング水の排出系の第1実施形態を示す概略系統図。
【図4】本発明に係る試料採取装置におけるサンプリング水の排出系の第2実施形態を示す概略系統図。
【図5】従来の試料採取装置を示す概略系統図。
【符号の説明】
【0045】
1 第1試料採取系
2 第2試料採取系
3 水供給系
4a,4b 取合管
5a,5b 電磁弁
6a,6b 試料採取用元弁
7a,7b 冷却器
8a,8b 減圧器
9a,9b,9b 止め弁
10a,10b,10b 流量計
11 恒温器
12a,12b,12b 温度計
13a,13b,13b 分析計
14a,14b 電磁弁
15a,15b フラッシング弁
16a,16b フラッシング系
17a,17b 電磁弁
18a,18b ダミー水供給系
20 ガスタービンプラント
21 排熱回収ボイラ
22 蒸気タービンプラント
23 発電機
24 空気圧縮機
25 ガスタービン燃焼器
26 ガスタービン
27 主蒸気管
28 蒸気タービン
29 発電機
30 復水器
31 補助蒸気系
33 所内ボイラ
34 補助蒸気管
35 湿分分離器
36 試料採取装置
37 第1試料採取系
38 第2試料採取系
39 水供給系
40 第1フラッシング系
41 第2フラッシング系
42 第1バイパス系
43 第2バイパス系
44a,44b 取合管
45a,45b 電磁弁
46a,46b 試料採取用元弁
47a,47b 冷却器
48a,48b 減圧器
49a,49b,49b 止め弁
50a,50b,50b 流量計
51 恒温器
52a,52b,52b 温度計
53a,53b,53b 分析計
54a,54b 電磁弁
55a,55b フラッシング弁
56a,56b 電磁弁
57a,57b 分岐管
58a,58b 電磁弁
59a,59b 空気駆動弁
60a,60b 電磁弁
61a,61b 母管
62 排水ピット
63 回収ピット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料を採取する試料供給系と、この試料採取系から供給される試料の性状を分析する分析器を備えた試料分析系とからなる試料採取装置において、
前記試料採取系から分岐して試料の一部を分流させるバイパス系を備えたことを特徴とする試料採取装置。
【請求項2】
前記バイパス系は、通常運転時に閉弁し、試料分析値に異常兆候が認められたとき開弁する止め弁を備えたことを特徴とする請求項1記載の試料採取装置。
【請求項3】
バイパス系は、試料を試料補助蒸気系に設けた湿分分離器に回収させる構成にしたことを特徴とする請求項1記載の試料採取装置。
【請求項4】
バイパス系は、試料を蒸気タービンプラントに設けた復水器に回収させる構成にしたことを特徴とする請求項1記載の試料採取装置。
【請求項5】
試料採取系で採取された試料を下流に設けた試料分析系に流し、この試料分析系に備えられた分析器で試料を分析するようにした試料分析方法において、
前記分析器により試料の異常兆候を検出したとき、試料の一部を試料採取系からバイパス系に分流させることにより、試料の流速を早めて前記分析器に流すようにし、当該分析器による試料の詳細分析を早期に行うことを特徴とする試料分析方法。
【請求項6】
請求項1ないし4のいずれかに記載の試料採取装置を備えた火力発電プラント。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−64856(P2007−64856A)
【公開日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−252913(P2005−252913)
【出願日】平成17年8月31日(2005.8.31)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】